基于煤原料的加压气化制粗煤气分析

【摘要】自从基于焦炭炉煤气为原料的高压合成氨法工业投入生产以来，对于氮肥以及合成氨的生产主要还是以焦炭为原料，但随着社会经济的发展对能源需求量的增加，能源短缺成为现代化生产的一个重大问题，开发新的生产工艺以减轻能源压力是社会经济技术发展的要求。本文对以煤为原料进行加压气化生产合成氨的工艺技术进行探讨和分析，希望该工艺的使用和推广可以促进相关工业的生产。

【关键词】煤原料；气化方法；GSP技术；PMK炉

科学技术伴随着社会经济的迅猛发展而不断提高，在原来的技术支持下进行新技术的开发和改造是科技发展与进步的有效手段，同时又提高了生产力，促进了社会经济的现代化发展的良性循环。基于焦炭原料的间歇式固定层常压气化法是目前我国包括太化集团有限公司化肥厂在内的中、小型合成氨工业采用的最常见方法，该方法技术相当落后，是新型合成氨生产技术进行研究和改造的重点。而以煤为原料的加压气化制粗煤气工艺成功代替了以焦炭炉煤气为原料的间歇式固定层常压气化工艺，并在具体生产中彰显出该工艺的优越性。本文以基于煤原料的PKM炉（即固定层加压气化炉）以及GSP炉（即气流床加压气化炉）为例进行比较分析，对两种气化法的气化过程和出口气体成分以及其它相关工艺参数进分析和探究。

1.工艺原理及气化过程

太化集团有限公司化肥厂20万t／a合成氨异地技术改造项目选用PMK炉炉型及固定层加压气化法工艺，固定层加压气化法有气化强度高、缩短合成氨工艺路线以及降低吨氨成本的优势。

而GSP炉炉型以及气流床加压气化法用于合成氨工艺，除了集PKM炉及固定层加压气化法工艺的优点外，而且生产出来的粗煤气的气体质量较高，还便于三废的有效治理。

1.1加料过程

PMK炉—经破碎筛选，粒度在4mm～30mm之间的原料煤，用煤斗加入煤锁，并在煤锁内加压至炉内压力，然后从炉顶通过分布器均匀加入炉内。

GSP炉—原料煤经预热干燥、破碎，筛粒径小于0.2mm，在压力锁内用蒸汽加压，由给料器送往炉顶的喷嘴，并以燃烧状态进入炉内。

1.2气化过程

PMK炉—用煤锁加入的煤，经过干燥、干馏进入气化区、燃烧区、灰渣区，而气化剂由炉底炉篦均匀加入炉内逆流接触进行气化反应。

GSP炉—气化剂也是通过喷嘴加入的，它与煤并流同向进入炉内。

1.3排灰渣过程

PMK炉—灰渣从炉底通过灰锁排出。首先，用蒸汽给灰渣锁充压至炉内压力，然后，使灰渣落人灰锁，卸下后从灰口排出。PMK炉炉型也是采用水夹套壳体结构，并配有废热锅炉，可以自供一些蒸汽。粗煤气从干燥、干馏区即炉子的上部排出。

GSP炉—在2000℃左右的温度下，煤中的灰被熔化，产生的液态熔渣和粗煤气同向一起由炉底排出，进入淬冷系统并分离。本炉型也是采用水夹套壳体结构，并配有废热锅炉。

2.气体组成

PMK炉—原料为官地矿贫煤。40.7％的H2、3.41％的CO、 27.66 ％的C02、7.81％的CH4、0.38％的C+、0.4 6％的H2S、1.33％的N2、0.63％的Ar。

GSP炉—原料煤(Cf>0.71％／Wf5.14、Vf5.38％、Af18.87％)；27．6％的H2／68.0％的CO；2.6％的CO2；0.2％的CH4；19％的N2；0.8％的H2S。

3.主要工艺参数指标

PMK炉—原料煤：煤种不限；蒸汽：3.9MPa(过热蒸汽)，450℃；气化强度：300Nm3／h-500Nm3／h；蒸汽分解率：40％；氧气：0.5Nm3／kg；气化热效率：90％；灰中含碳量：小于5.1％；能耗：1.875t标煤／t氨；炉内最高温度：1500℃～1650℃。

GSP炉—原料煤：不限煤种；氧气：(折100％)0.66Nm3／kg；蒸汽：2.8MPa过热蒸汽；气化强度：3000Nm3／h；蒸汽分解率：50％；气化热效率：78.5％；能耗：1.86t标煤／t氨；气化温度：1300℃～2200℃。

4.工艺评价

PMK炉—以煤原料代替焦炭加压气化制合成氨的工业装置，已经投入了工业化生产，而且与焦炭原料的生产相比，其吨氨煤耗量大大降低，但由此工艺制成的粗煤气气体质量与焦炭原料的生产不相上下，大幅度降低了焦炭原料生产的吨氨成本，并且生产过程完全趋于稳定，可靠性极强。同时采用固定层加压气化工艺，气化温度较高且气化强度也远远高于常压气化。而且对于所制得的粗煤气具有的一定压力，相较于焦炭原料生产工艺，能节省很大一部分压缩功，降低了吨氨能耗，缩短合成氨生产工艺路线。也就是说，PMK炉的炉型作为大型工业化生产合成氨的有效途径和工艺，有着气化强度极高等优点，可以降低生产成本并达到节约能耗的目的，太化集团有限公司化肥厂选用PMK炉的炉型进行生产技术方面的改造，是较为理想的选择。

GSP炉—相较于PKM炉的炉型，GSP炉同样有以煤原料代替焦炭原料来降低生产成本的优点，而且比起PKM炉，GSP炉少设了一套甲烷转化系统，对于三废的治理要比PKM炉更为简便容易，所以说，GSP炉比PKM炉的工艺更为简化，但吨氨能耗却不比PKM炉的吨氨能耗高。由此可见，用GSP炉的炉型以及气流床加压气化法工艺实现合成氨的工业化生产是相当发展潜质的。

5.结语

随着社会经济技术的发展与进步以及现代化建设进程的加快，对能源的需求和使用在不断增加，这也致使了目前广泛存在的能源危机的出现，对此，我们在尽量减少能源浪费的基础上，还应该充分利用先进的现代化技术加强对能源的有效利用，以减少生产生活中能源的不必要损耗，同时先进技术和工艺的应用还大大降低了生产成本，为社会经济发展带来了客观的经济效益和社会效益，促进了经济社会的可持续发展战略的实施。

基于煤原料的加压气化制粗煤气摒弃了传统的基于焦炭原料的间歇式固定层常压气化法工艺，大大缓减了焦炭能源压力，而且加强了对煤能源的充分利用，同时，也合理优化了合成氨生产的资源配置，为综合规划生产奠定了扎实的基础。　[科]

【参考文献】

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［２］许建良,刘海峰,王俭,黄斌,马银剑,杨红波,雍晓静.GSP气化炉内多相湍流反应流动模拟研究[J].化学工程,2011(11).

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